[发明专利]一种改性金属有机多面体材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种改性金属有机多面体材料的制备方法，此制备方法简单易行，所制备的β‑环糊精与金属有机多面体的复合材料在紫外光/可见光切换下可自由组装，便于再生循环，再生循环后仍能对二氧化碳保持较高吸附量。本发明的改性金属有机多面体材料的制备方法，其是利用主客体弱相互作用通过前修饰或后修饰改性方法将β‑环糊精包覆于金属有机多面体侧链上，形成高度分散的多孔复合材料，即改性金属有机多面体材料。

技术领域

本发明涉及一种金属有机多面体材料、制备方法及其应用，更具体地说涉及一种改性金 属有机多面体材料、制备方法及其应用。

背景技术

温室气体导致的气候变化仍是当今世界面临最具挑战性和紧迫性的环境问题之一。其中， CO₂对环境气候的影响最大，其温室效应的贡献值在55％以上。原本温室效应是一种自然现 象，可以使地球昼夜温差缩小，为生物在地球上生存提供适宜的环境。但自工业革命以来， 大量化石燃料的使用，推动社会经济快速发展的同时也带来了一系列的负面影响。例如，人为CO₂气体的过量排放，严重破坏了自然界碳循环的稳定，导致了温室效应的加剧，直接后 果就是南北两极附近的冰川融化，海平面上升，众多岛屿及低洼的沿海国地区受到被海水淹 没和侵蚀的威胁，内陆部分地区由于严重缺水而半沙漠化。同时，温室效应的加剧导致全球 气温持续升高，引发一系列自然灾害(气候异常、极端天气频发、冬季风暴肆虐等)。所以， 减缓温室效应势在必行。在这一背景下，2015年世界各国以全球协约的方式减排温室气体，另外中国也宣布了将力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。因此找到一种合 理的办法降低二氧化碳的含量成为当今研究的重点。

目前常用的二氧化碳捕集方法有化学吸收法和吸附法。化学吸收法是利用化学溶剂与 CO₂发生可逆的化学反应以达到吸收和解吸二氧化碳的目的，因此合格的吸收剂尤为重要。 目前工业上大部分采用醇胺法捕集CO₂，醇胺(伯胺、仲胺)中的氨基与CO₂反应生成两性 离子，然后进一步与醇胺溶液反应生成氨基甲酸盐。因醇胺吸收剂具有吸收CO₂速率快、负 载量大、价格低廉等优势，在工业上广泛应用。然而醇胺法也存在不足，解吸CO₂的能耗占 捕集总能耗的70％～80％，导致解吸占整个碳捕获和封存成本的60％以上。吸附法是利用固 体吸附剂对混合气体中CO₂的选择性吸附，然后在特定的条件下使CO₂解吸，并加以浓缩的 过程。多孔固体吸附材料由于其孔道丰富，易于再生受到广泛关注。其中金属有机多面体 (MOPs)是一种零维的且结构高度有序的分子，由金属离子与有机配体通过配位自组装而成。 MOPs种类繁多,合成简易并且易于操控。由于其尺寸可调的空腔结构，丰富的活性位点，近年来在吸附和催化等领域备受关注。多数金属有机多面体(MOPs)由有机羧酸/吡啶/嘧啶配 体和过渡金属的次级构筑单元自组装而成。其骨架上的金属配位不饱和位点与二氧化碳分子 易发生偶极强相互作用，表现出对二氧化碳的选择性捕获，近年来广泛应用于二氧化碳吸附 领域。然而，MOPs在活化处理以除去溶剂分子时易于致密堆积从而造成活性位点的阻塞。这一不足严重限制了MOPs作为吸附剂在二氧化碳吸附分离方面的应用。因此，利 用MOPs易于加工的特性，引入主客体相互作用，通过客体分子来提高主体MOPs的分散性，有望解决上述问题。另外主客体作用是主体和客体在满足结构互补和能量匹配等 条件下，通过非共价相互作用选择性结合形成具有某种特定功能的超分子的过程。非共 价相互作用包括范德华力、静电引力、疏水作用和氢键等，是产生主客体识别作用的关键。偶氮苯一般作为客体存在于多组分自组装过程中，多组分自组装的大环体一般包括 以下几类:冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲和柱撑芳烃。以此制备的超分子材料通过改变 亲疏水性，堆积结构特性克服原材料的缺陷，在生物材料、药物递送、吸附分离等领域 具有广泛应用。

发明内容